碳化硅中子探测器的研制及其性能研究

摘要

中子探测技术在空间辐射测量、违禁品检测、工业以及军事等众多领域都具有广泛的应用前景。半导体核辐射探测器凭借其体积小、结构简单、探测效率高、线性范围宽、能量分辨率好等优势而得到了越来越广泛的应用，但却存在温度效应大、抗辐照特性差等诸多弊端。为解决核爆、核反应堆堆芯、高能核物理实验以及深空探测等高温高压、强辐射极端环境下的中子探测问题，本文提出一种利用碳化硅材料制备具有耐高温抗辐照特性的中子探测器的设计方案，并采用结构设计与实验验证相结合的方法考察了该方案的可行性。
　　首先，介绍了中子探测的相关理论以及 PIN结构半导体探测器的工作原理，列举了半导体探测器的主要工作特性，并分析了相关影响因素。
　　然后，运用核物理的基础知识，简要介绍了快中子与碳化硅材料的作用机理，并以此为基础对碳化硅中子探测器进行结构设计。结合国内外相关文献与国内现有工艺水准，最终确定碳化硅中子探测器的制作方案，并在东莞市天域半导体科技有限公司、北京泰科天润半导体科技有限公司以及深圳市盈锋光电有限公司的协助下，成功完成了此次碳化硅中子探测器的制作。
　　最后，搭建了利用探测器测量入射粒子能谱的实验平台，并对α粒子、质子和中子的能谱行进了定性测量，进而得出碳化硅中子探测器具有测量入射粒子能谱的能力。实验还对表面积最小的探测器进行了抗辐照特性测试，结果表明由碳化硅材料制作的中子探测器具有优良的抗辐照特性。
　　上述工作验证了此次探测器设计方案的正确性与可行性，为对基于碳化硅的中子探测器的深入研究与应用打下了一个良好的基础。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究工作和内容安排

第二章 半导体探测器中子探测的理论基础

2.1 中子探测的原理与方法

2.2 半导体探测器的工作原理

2.3 半导体探测器的工作特性

2.4 本章小结

第三章 碳化硅中子探测器的研制及其前端电路分析

3.1 碳化硅中子探测器的结构设计

3.2 碳化硅中子探测器的制作

3.3 碳化硅中子探测器信号输出电路的分析

3.4 本章小结

第四章 碳化硅中子探测器的性能研究

4.1 实验装置

4.2α能谱的测量

4.3 质子能谱与中子能谱的测量

4.4 抗辐照特性测试

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果